Zwart goud en extreme motoren.

Aardolie is het zwarte goud van de aarde – om aan deze schat te komen zijn innovatieve en moderne technologieën nodig. De eisen aan het materiaal bij diepteboringen zijn daarbij extreem: tot 200 graden Celsius, vibraties en een zeer grote druk. maxon motoren voeren diverse taken uit: ze worden ingezet voor de functie van de klepbesturingen, evenals het in werking stellen van mechanismen en meetapparatuur.

Bijna geen enkele auto rijdt vandaag de dag zonder brandstof en veel verwarmingen zouden niet functioneren zonder aardolie. Meer dan 85 procent van het wereldwijde energieverbruik berust op fossiele energiedragers olie, gas en steenkool. Maar om toegang te krijgen tot deze waardevolle bronnen moet steeds dieper geboord worden, wat niet eenvoudig is. De techniek voor diepteboringen (bij de olie- en gas-exploratie “Downhole Drilling” genoemd) maakt de exploitatie van olie en gas mogelijk uit dieptes van meer dan 2.500 meter. Gekoppeld aan de richtboortechniek (de dynamische positie-uitlijning van een diepteboring) kunnen tot nu toe onbereikbare bronnen worden bereikt met een boordiepte van momenteel circa 5.000 en boorlengtes tot maximaal 11.000 meter.

De voorraad aardolie is beperkt, maar is wel een integraal onderdeel van het dagelijks leven geworden. Onder andere in de USA, Rusland, China en het Midden-Oosten zijn er vele installaties voor olie en gas, zowel op het land als op zee, die dagelijks tienduizenden vaten olie of aardgas delven. Het diepste boorgat om aardolie te delven is momenteel (februari 2008) 11.680 meter diep (bron: Wikipedia). Het is geboord in 2007 bij de ontsluiting van het Chayuo-olieveld voor de noordoostkust van Sachalin (Rusland). Dit olieveld ligt enkele kilometers uit de kust op een diepte van ongeveer 2.500 meter. De belangrijkste exploitatie gebeurt hier door richtboringen vanaf het vasteland.

Modder zorgt voor de stuwkracht
Eén ding hebben alle boringen gemeen: de eisen die gesteld worden aan het materiaal zijn zeer hoog. Vooral de boorkoppen moeten bestand zijn tegen extreme omstandigheden. Temperaturen tot 200 ?C op deze diepte en hoge drukverhoudingen in combinatie met de sterke trillingen die tijdens het boren optreden zorgen ervoor dat de elektroaandrijvingen tot het uiterste worden belast.

De EC 22 HD (Heavy Duty) motor van maxon motor voldoet aan alle voorwaarden voor deze omstandigheden. Ontwikkeld voor de buitengewoon hoge eisen bij de techniek voor diepteboringen, weerstaat de elektronisch gecommuteerde motor de extreme omstandigheden, waarin ”normale” motoren zouden falen. Met de constante ontwikkeling van elektronica en motoren kunnen tegenwoordig veel functies in het volledige boorproces beter worden gecontroleerd en bestuurd. Zo wordt bijvoorbeeld de turbine in het boorgereedschap door de modderstroom aangedreven. Via een magnetische koppeling veranderen motoren in generatoren en leveren de elektrische energie voor verschillende aandrijffuncties. Door dit zelfvoorzienende systeem vervalt de noodzaak voor dure, milieuschadelijke lithium-batterijen. Met behulp van de EC 22 HD kan de positie van de boorkop tijdens het boorproces dynamisch gemeten (MWD/Measurement While Drilling) en uitgelijnd worden. Deze meting gebeurt met versnellingsmeters, hellingshoeksensors en andere instrumenten voor de nauwkeurige weergave van de boorkoppositie. Maar hoe komen de gemeten waarden naar de oppervlakte? De MWD-technologie zet hiervoor de gegevens om in impulsen die met het boorplatform worden gecommuniceerd. Dit systeem wordt aangedreven door elektromagneten of HD-motoren. Ook in diverse diepteboorwerktuigen worden hydraulische ventielen of kleppen via elektromagnetische aandrijvingen bestuurd.

Voor de EC 22 HD is er ook een bijpassende overbrenging: de GP 22 HD (afbeelding 3). Veel toepassingen, vooral diepteboringen, hebben een robuust overbrengingsmechanisme nodig. De meeste toepassingen bij ondergrondse werkzaamheden verlangen zeer grote koppels bij slechts kort gebruik (ventielbesturing, kleppen bewegen). Een speciale eigenschap van de overbrengingsmechanismen zijn de geïntegreerde boringen die nodig zijn voor een onbelemmerd oliedebiet. Want de overbrenging kan net zoals de motor met olie worden aangedreven. De verschillende varianten van de EC 22 zijn geoptimaliseerd voor opereren in de lucht of in hydraulische olie gedompeld.

De motoren worden gefabriceerd zonder kleefstoffen en ze hebben geen mechanisch commutatiesysteem. Daarom kan de motor extreme temperaturen weerstaan en levert ook stabiele prestaties in ultrahoog vacuüm. Het typevermogen is afhankelijk van de omgeving en bedraagt 80 W in lucht en, door de hogere warmteafvoer, 240 W in olie. De motoren zijn gebouwd voor omgevingstemperaturen tot boven 200 graden Celsius en atmosferische druk tot 1.700 bar. Als de motoren met olie gekoeld worden, kunnen ze zelfs temperaturen tot 240 graden Celsius doorstaan. Overige eisen die aan de motoren worden gesteld zijn resistentie tegen trillingen tot 25 grms alsook tegen schokken en stoten tot 100 keer de zwaartekrachtversnelling (100 G). In vergelijking daarmee worden Formule 1-auto's met 2 G en straaljagers met tot 13 G belast. Een mens is in staat ongeveer 10 G, dat betekent het tienvoudige van zijn lichaamsgewicht uit te houden. Dat zijn echter extreme waarden en alleen astronauten en piloten kunnen deze hoge lichamelijke belasting gedurende een bepaalde tijd uithouden.

Hoog rendement ook op grote diepte
Behalve het enorm hoge weerstandsvermogen tegen de extreme omstandigheden op grote diepte, hebben de maxon HD-motoren ook een zeer hoog rendement. In de lucht wordt een rendement bereikt tot
88 procent en in olie presteert de motor meer dan 70 procent. Met deze eigenschappen kan de EC 22
op talloze andere gebieden van nut zijn – zoals onder de extreme omstandigheden in het heelal. Met de restkoppelvrije loopeigenschappen beschikken de motoren over uitstekende regeleigenschappen en zijn daarom ook uitermate geschikt voor uiterst precieze positioneringsopgaven, ook bij lage toerentallen.
De motoren zullen in de toekomst ook op Venus worden ingezet – waarheen de NASA een vlucht plant.
Ter plaatse moet de motor temperaturen tot 480 graden Celsius verduren. De verdere ontwikkeling van precisiemotoren voor extreme omstandigheden staat niet stil!
 

 © maxon motor ag

Productnavigator

Contact

maxon motor benelux bv

Josink Kolkweg 387545 PR EnschedeNederland
+31 53 744 0 744
Contact